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增强用玻璃纤维类型的演变
发布时间:2017-06-30   浏览次数:

30多年前,用作复合材料增强材料的玻璃纤维主要有两种:E玻璃和S玻璃。E玻璃是首先用来生产连续玻璃纤维的玻璃纤维之一,至今仍占世界玻璃纤维产量的绝大部分。但为了满足市场对更好性能和更低成本的需求,玻璃纤维制造商不断精炼玻璃纤维类型。

一个例子是E玻璃制造中除硼的趋势。虽然硼有利于纤维成形,但它价钱高,并且会产生不受欢迎的排放物。美国欧文斯科宁公司的无硼玻璃Advantex实际上是其第二代E-CR玻璃。E-CR玻璃是在1980年代为响应市场对更耐腐蚀并具良好电性能产品之需求的产物。然而,因为原获专利权的E-CR玻璃难于制造,从而对最终用户的价格更高,欧文斯科宁就研发了成本效益更好的Advantex玻璃。

工艺方面的改进使其可以采用更高的温度,获得更好的性能,同时减少总能耗。欧文斯科宁把它全球的增强材料制造厂都转向了Advantex,包括2007年收购的19家圣戈班维措特克斯工厂。欧文斯科宁对E-CR玻璃的专利权已到期,于是加拿大Fiberex、中国重庆国际复合材料公司等企业都推出了自己的版本。

S玻璃也有演变。受美国军方对用于导弹壳体的高强度、轻重量玻璃纤维的需求,欧文斯科宁率先研发了S玻璃,随后推出其改进型,商标名为S-2玻璃,其拉伸强度和拉伸模量分别高于E玻璃40%和26%。这些性能由玻璃组分产生,但制造过程也有所帮助,譬如使用了合适的浸润剂。1998年,欧文斯科宁把玻纤纺织纱和S-2玻璃纤维产品两项业务剥离出来,与法国织造集团博舍公司成立了一个合资企业。当玻纤细纱市场转到亚洲的时候,此企业在2002年遇到了美国破产法第十一章的官司。后来此企业于2004年重组为AGY公司,从此其目标指向低产量、高价值的缝隙市场(瞄准机会的市场)。

由于AGY熔窑的平均年产量为3000吨和100吨(大玻纤厂商熔窑的平均年产量为33000吨),它可以供应S-3玻璃纤维,这种玻璃是为满足非常特殊需求而研制的高性能玻璃。AGY的相关人士解释说:“这是‘设计者玻璃’,我们可以只生产100吨,专为满足一个客户的精密要求而定制。”AGY为植入人体30天以上的医学植入物而研发的HPB生物相容性玻璃纤维,就是S-3玻璃技术的一例。HPB已被用于畸齿矫正术和牙科植入物。AGY还在研发其他的植入应用,例如矫形术。

其他的高性能产品还包括日本日东纺制造的T玻璃和中国中材科技有限公司制造的HS2和HS4产品。

AGY的Drew Walker指出,高性能玻璃纤维历来更难制造,要求更高的熔制温度,采用产量较低的更小熔窑(称为paramelter),这些都导致成本增加。

AGY和欧文斯科宁都看到了对成本更低性能更高玻璃纤维的需求。AGY的回应是其S-1玻璃,此玻璃的性能和成本都介于E玻璃和S-2玻璃之间。AGY声称S-1玻璃极适于复合材料风轮叶片,当风轮叶片加长时,S-1玻璃的更高性能可以减少玻璃纤维的用量。欧文斯科宁的响应则是2006年推出的高性能玻璃(HPG),以较低的成本达到了较大规模的生产。

据欧文斯科宁的Wisdom Dzotsi介绍,那时之前,行业认为不可能大产量地把高性能玻璃形成纤维,把其保持在所需的高温。但他表示:“我们的工艺使用的熔窑不像制造E玻璃的熔窑那么大,但比paramelter窑大50倍。”

所获得的R玻璃产品系列包括17μm的WindStrand玻璃纤维,其拉伸模量不及S玻璃,但比E玻璃高,对很长的风轮叶片来说,其成本可以承受。还有12.5μm的ShieldStrand玻璃纤维,其特点是可使复合材料装甲在受到冲击时,纤维/ 基体界面分离,使复合材料渐进性分层,同时保持复合材料的净态力学性能。

来源:玻纤情报网
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